椎间盘（IVD）由相邻的软骨终板（CEP）、周围的纤维环（AF） 和内髓核（NP）组成。它的主要功能是支持脊柱的稳定性。然而，年龄、损伤和免疫因素的积累会对IVD产生负面影响，导致IVD变性（IVDD）。IVDD是腰痛的根本原因，影响着全球80%以上的人口。尽管正在进行研究，但仍然缺乏延缓或逆转IVDD的有效治疗方法。研究表明，免疫和炎症在IVDD的进展中起着重要作用，不同亚型的免疫细胞参与了这一过程。具体来说，巨噬细胞在IVDD进展中起着至关重要的作用，M1巨噬细胞（也称为“经典”巨噬细胞）特别参与炎症反应和促炎细胞因子的释放，从而加剧IVD的退化。研究M1巨噬细胞在IVD变性中的独特性质，可为IVDD治疗的治疗途径提供有希望的理论基础。

 

外泌体是由各种细胞分泌的细胞外囊泡，含有蛋白质、非编码RNAs和脂质等，直径为 30-150 nm。研究表明，外泌体在包括IVD细胞（CEP细胞、AF细胞和NP细胞）在内的各种组织细胞之间的相互作用和通讯中起着至关重要的作用，从而调节IVDD的过程。研究发现退化的NP细胞（dNPc）可以分泌外泌体，促进IVD的退化。然而，dNPc来源的外泌体（dNPc-exo）对巨噬细胞M1极化的影响及其机制尚不清楚。

 

近日，Journal of Nanobiotechnology期刊（IF10.2）在线发表了一篇题为Degenerated nucleus pulposus cells derived exosome carrying miR-27a-3p aggravates intervertebral disc degeneration by inducing M1 polarization of macrophages的研究论文。该研究旨在探讨dNPc分泌的外泌体对巨噬细胞的调控功能及其诱导M1极化的潜力，最终干预IVD的退化过程。研究表明dNPc-exo携带miR-27a-3p，并通过调节巨噬细胞极化来加速IVD退化的速度，突出了dNPc-exo在IVDD进展的潜在机制中的重要作用。

 

研究模型示意图

 

首先，研究人员采集了椎间盘变性（IVDD）和特发性脊柱侧凸患者的髓核（NP）组织和髓核细胞（NPc），并进行免疫组织化学分析以确定NP组织中M1巨噬细胞的数量。结果发现，随着椎间盘（IVD）的退化，M1巨噬细胞的数量明显增加。

 

Fig1. 退行性IVD组织中M1巨噬细胞数量明显增加

 

随后，研究人员收集来自退化NP细胞的外泌体（dNPc-exo）和非退化NP细胞的外泌体（nNPc-exo），并与THP-1细胞诱导的M0巨噬细胞共培养。然后，使用western blot、流式细胞术、免疫荧光染色和qRT-PCR评估M1表型。结果显示，dNPc释放外泌体（dNPc-exo）可以促进巨噬细胞向M1表型的极化。

 

Fig2. dNPc-exo可以促进巨噬细胞向M1表型的极化

 

接着，研究人员通过RNA测序分析检测dNPc-exo和nNPc-exo组中microRNAs的表达水平，并采用qRT-PCR研究不同microRNA诱导巨噬细胞极化的作用。结果鉴定出miR-27a-3p是dNPc-exo组中高表达的miRNA，其显著影响巨噬细胞M1极化的诱导。

 

Fig3. dNPc-exo通过miR-27a-3p诱导巨噬细胞M1极化

 

此外，研究人员采用western blot和qRT-PCR验证了dNPc-exo携带的microRNA对巨噬细胞下游靶信号通路的调控作用。结果发现，dNPc-exo可以转运miR-27a-3p并靶向PPARγ/NFκB/PI3K/AKT信号通路，从而影响巨噬细胞的M1极化。

 

Fig4. dNPc-exo携带的miR-27a-3p通过调控PPARγ/NFκB/PI3K/AKT通路加速巨噬细胞的M1极化

 

最后，研究人员利用IVDD大鼠模型研究了dNPc-exo对诱导巨噬细胞M1极化的影响及其在IVDD过程中的作用。结果显示，携带miR-27a-3p的外泌体实际上诱导了巨噬细胞的M1极化，加剧了IVD的退化。

 

Fig5. dNPc-exo携带的miR-27a-3p在IVDD动物模型中诱导巨噬细胞M1极化

 

总之，本研究结果强调了dNPc-exo在IVDD过程中的重要作用，并为进一步研究IVDD的机制和基于外泌体的治疗潜力提供了基础。

 

原文链接：

https://jnanobiotechnology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12951-023-02075-y

 

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